Turnul Solar Rising (centrală aerodinamică solară)

Turnul Solar Ascendent — unul dintre tipurile de centrale solare. Aerul este încălzit într-un colector solar imens (asemănător cu o seră), se ridică și iese printr-un turn înalt de coș de fum. Aerul în mișcare antrenează turbinele pentru a genera electricitate. Uzina pilot a funcționat în Spania în anii 1980.

Soarele și vântul sunt două surse inepuizabile de energie. Pot fi forțați să lucreze în aceeași echipă? Primul care a răspuns la această întrebare a fost... Leonardo da Vinci. Încă din secolul al XVI-lea, el a proiectat un dispozitiv mecanic alimentat de o moară de vânt în miniatură. Lamele sale se rotesc într-un curent de aer în creștere încălzit de soare.

Experții spanioli și germani au ales câmpia La Mancha din partea de sud-est a platoului Noua Castilie ca loc pentru a realiza un experiment unic. Cum să nu ne amintim că aici curajosul cavaler Don Quijote, personajul principal al romanului lui Miguel de Cervantes, un alt creator remarcabil al Renașterii, a luptat cu morile de vânt.

În 1903Colonelul spaniol Isidoro Cabañez a publicat un proiect pentru un turn solar. Între 1978 și 1981, aceste brevete au fost eliberate în SUA, Canada, Australia și Israel.

În 1982 lângă un oraș spaniol Manzanares A fost construit și testat la 150 km sud de Madrid model demonstrativ al unei centrale solare eoliene, care a realizat una dintre multele idei de inginerie ale lui Leonardo.

Instalația conține trei blocuri principale: o conductă verticală (turn, coș de fum), un colector solar situat în jurul bazei sale și un generator special cu turbină.

Principiul de funcționare al unei turbine eoliene solare este extrem de simplu. Colectorul, al cărui rol este îndeplinit de o suprapunere dintr-un film polimeric, de exemplu, o seră, transmite bine radiația solară.

În același timp, filmul este opac la razele infraroșii emise de suprafața pământului încălzit de sub el. Ca urmare, ca în orice seră, există un efect de seră. În același timp, cea mai mare parte a energiei radiației solare rămâne sub colector, încălzind stratul de aer dintre sol și podea.

Aerul din colector are o temperatură semnificativ mai mare decât atmosfera înconjurătoare. Drept urmare, în turn este generată o curentă ascendentă puternică, care, ca și în cazul morii de vânt Leonardo, întoarce palele generatorului cu turbină.

Schema unei centrale solare eoliene

Eficiența energetică a unui turn solar depinde indirect de doi factori: dimensiunea colectorului și înălțimea stivei. Cu un colector mare, se încălzește un volum mai mare de aer, ceea ce determină o viteză mai mare a curgerii acestuia prin coș.

Instalația din orașul Manzanares este o structură foarte impresionantă.Înălțimea turnului este de 200 m, diametrul este de 10 m, iar diametrul colectorului solar este de 250 m. Puterea sa de proiectare este de 50 kW.

Scopul acestui proiect de cercetare a fost acela de a efectua măsurători în teren, de a determina caracteristicile instalației în condiții inginerești și meteorologice reale.

Testele de instalare au avut succes. Precizia calculelor, eficiența și fiabilitatea blocurilor, simplitatea controlului procesului tehnologic au fost confirmate experimental.

S-a făcut o altă concluzie importantă: deja cu o capacitate de 50 MW, o centrală solară eoliană devine destul de profitabilă. Acest lucru este cu atât mai important pentru că costul energiei electrice generate de alte tipuri de centrale solare (turn, fotovoltaice) este încă de 10 până la 100 de ori mai mare decât în ​​termocentrale.

Această centrală electrică din Manzanares a funcționat satisfăcător timp de aproximativ 8 ani și a fost distrusă de un uragan în 1989.

Structuri planificate

Centrala electrică «Ciudad Real Torre Solar» din Ciudad Real în Spania. Construcția planificată urmează să acopere o suprafață de 350 de hectare, care în combinație cu un coș de fum înalt de 750 de metri va genera o putere de ieșire de 40 MW.

Turnul Solar Burong. La începutul anului 2005, EnviroMission și SolarMission Technologies Inc. a început să colecteze date meteo în jurul New South Wales, Australia pentru a încerca să construiască o centrală solară complet operațională în 2008. Puterea electrică maximă pe care acest proiect ar putea-o dezvolta a fost de până la 200 MW.

Din cauza lipsei de sprijin din partea autorităților australiene, EnviroMission a abandonat aceste planuri și a decis să construiască un turn în Arizona, SUA.

Turnul solar planificat inițial trebuia să aibă o înălțime de 1 km, un diametru de bază de 7 km și o suprafață de 38 km2.. În acest fel, turnul solar va extrage aproximativ 0,5% din energia solară (1 kW). / m2) care este radiat la închis.

La un nivel mai înalt al coșului de fum are loc o cădere de presiune mai mare, cauzată de așa-numitul efect de coș, care la rândul său determină o viteză mai mare a aerului care trece.

Creșterea înălțimii stivei și a suprafeței colectorului va crește fluxul de aer prin turbine și, prin urmare, cantitatea de energie produsă.

Căldura se poate acumula sub suprafața colectorului, unde va fi folosită pentru a alimenta turnul de la soare, disipând căldura în aer rece, forțând-o să circule noaptea.

Apa, care are o capacitate termică relativ mare, poate umple conductele situate sub colector, mărind cantitatea de energie returnată dacă este necesar.

Turbinele eoliene pot fi montate orizontal într-o conexiune colector-turn, similar planurilor turnului australian. Într-un prototip care funcționează în Spania, axa turbinei coincide cu axa coșului de fum.

Fantezie sau realitate

Deci, instalația aerodinamică solară combină procesele de transformare a energiei solare în energie eoliană, iar aceasta din urmă în energie electrică.

În același timp, după cum arată calculele, devine posibilă concentrarea energiei radiației solare dintr-o zonă uriașă a suprafeței pământului și obținerea de energie electrică mare în instalații individuale fără utilizarea tehnologiilor de înaltă temperatură.

Supraîncălzirea aerului din colector este de doar câteva zeci de grade, ceea ce distinge fundamental centrala solară eoliană de centralele termice, nucleare și chiar de turnuri.

Avantajele incontestabile ale instalațiilor solar-eoliene includ faptul că, chiar dacă sunt implementate la scară largă, acestea nu vor avea un impact nociv asupra mediului.

Dar crearea unei astfel de surse de energie exotică este asociată cu o serie de probleme complexe de inginerie. Este suficient să spunem că doar diametrul turnului ar trebui să fie de sute de metri, înălțimea - aproximativ un kilometru, aria colectorului solar - zeci de kilometri pătrați.

Este evident că cu cât radiația solară este mai intensă, cu atât instalația dezvoltă mai multă putere. Potrivit experților, cel mai profitabil este să construiești centrale solare eoliene în zone situate între 30° nord și 30° latitudine sudică, pe terenuri care nu sunt prea potrivite pentru alte scopuri. Opțiunile de utilizare a reliefului muntos atrag atenția. Acest lucru va reduce drastic costurile de construcție.

Totuși, apare o altă problemă, într-o oarecare măsură caracteristică oricărei centrale solare, dar capătă o urgență deosebită la realizarea unor instalații aerodinamice solare mari. Cel mai adesea, zonele promițătoare pentru construcția lor sunt departe de consumatorii mari consumatoare de energie. De asemenea, după cum știți, energia solară ajunge pe Pământ neregulat.

Turnurile solare mici (de putere redusă) pot fi o alternativă interesantă pentru a genera energie pentru țările în curs de dezvoltare, deoarece construcția lor nu necesită materiale și echipamente scumpe sau personal foarte calificat în timpul funcționării structurii.

În plus, construcția unui turn solar necesită o investiție inițială mare, care la rândul ei este compensată de costurile reduse de întreținere realizate prin absența costurilor cu combustibilul.

Un alt dezavantaj este însă eficiența mai mică a conversiei energiei solare decât de ex în structurile oglinzilor centralelor solare… Acest lucru se datorează suprafeței mai mari ocupate de colector și costurilor mai mari de construcție.

Turnul solar este de așteptat să necesite mult mai puțină stocare de energie decât fermele eoliene sau centralele solare tradiționale.

Acest lucru se datorează acumulării de energie termică care poate fi eliberată noaptea, ceea ce va permite turnului să funcționeze non-stop, ceea ce nu poate fi garantat de parcuri eoliene sau de celule fotovoltaice, pentru care sistemul energetic trebuie să aibă rezerve de energie sub formă a centralelor electrice tradiţionale.

Acest fapt impune necesitatea creării de unități de stocare a energiei în tandem cu astfel de instalații. Știința nu cunoaște încă un partener mai bun pentru astfel de scopuri decât hidrogenul. De aceea, experții consideră că este cel mai oportun să se utilizeze energia electrică generată de instalație special pentru producerea de hidrogen. În acest caz, centrala solară eoliană devine una dintre principalele componente ale viitoarei energie cu hidrogen.

Deci, deja anul viitor, primul proiect de stocare a energiei cu hidrogen solid la scară comercială din lume va fi implementat în Australia. Excesul de energie solară va fi transformat în hidrogen solid numit borohidrură de sodiu (NaBH4).

Acest material solid netoxic poate absorbi hidrogenul ca un burete, poate stoca gazul până când este necesar și apoi eliberează hidrogen folosind căldură. Hidrogenul eliberat este apoi trecut printr-o celulă de combustibil pentru a genera electricitate. Acest sistem permite stocarea ieftină a hidrogenului la densitate mare și presiune scăzută, fără a fi nevoie de compresie sau lichefiere consumatoare de energie.

În general, cercetările și experimentele fac posibilă în viitorul apropiat să se pună serios la îndoială locul centralelor solare eoliene în industria energetică mare.